Die Massenproduktion von 2nm-Chips ist realisiert. Taiwan Semiconductor Manufacturing Company (TSMC) hat still und leise "den Tisch umgeworfen", und Samsung und Intel sind in Panik geraten.

TSMC hat stillschweigend den Startschuss für die Massenproduktion von 2nm-Chips gegeben, was bedeutet, dass die fortschrittliche Chip-Herstellungstechnologie offiziell die Ära der 2nm-Chips betritt und den Auftakt für einen neuen Wettlauf in der Halbleitertechnologie markiert.

TSMC hat die Massenproduktion von 2nm-Chips begonnen!

Ohne eine großangelegte Produktpräsentation wurde lediglich in der Technologiebeschreibung auf der offiziellen Website leise erwähnt:

TSMCs 2nm (N2)-Technologie ist wie geplant im vierten Quartal 2025 in die Massenproduktion gegangen.

Dieser einfache Satz verbirgt hinter sich einen großen Durchbruch an den physikalischen Grenzen der Halbleitertechnologie und markiert den Beginn der Massenproduktion von 2nm-Chips bei TSMC. Die globale Technologiewelt betritt damit eine neue Ära der 2nm-Chips.

Laut offizieller Angaben von TSMC basiert die N2-Technologie auf der ersten Generation von Nanosheet-Transistoren.

Im Vergleich zum bereits sehr erfolgreichen N3E-Prozess bietet die N2-Technologie eine deutliche Verbesserung bei Leistung und Stromverbrauch über alle Knoten hinweg:

Bei gleicher Leistung (Geschwindigkeit) kann die Leistung um 10 % bis 15 % gesteigert werden.

Bei gleicher Geschwindigkeit kann der Stromverbrauch um 25 % bis 30 % reduziert werden.

Das bedeutet, dass unsere Smartphones, die riesigen Rechenkapazitäten für die AI-Welt und alle zukünftigen intelligenten Geräte bald eine Leistungservolution erleben werden.

Das Fabrikgebäude 22 (Fab 22) in Kaohsiung, Taiwan, ist die Produktionsstätte für TSMCs 2nm-Chips.

TSMC hat bereits mehrfach erklärt, dass die N2-Chips wie geplant im vierten Quartal 2025 in die Massenproduktion gehen würden. Dies bedeutet nun, dass dieses Ziel erreicht ist.

Vom "Fin" zum "Sheet": Überwindung der 3nm-Grenze

Alle Veränderungen beginnen auf der mikroskopischen Ebene.

In den letzten zehn Jahren hat die Chip-Branche von der Schlüsseltechnologie der FinFET-Transistoren abhängig gewesen, von 22nm bis hin zu 3nm.

Sie können sich diese Transistoren wie aufgerichtete "Finnen" vorstellen. Der Strom fließt durch die Kanäle, die von diesen Finnen gebildet werden, und die Gate-Elektrode umschließt sie von drei Seiten, ähnlich wie eine Hand, die den Stromfluss steuert.

Diese Struktur war sehr erfolgreich und hat die exponentielle Weiterentwicklung des Moore'schen Gesetzes unterstützt.

Aber wenn der Prozess sich der 3nm-Grenze nähert, treten auch die physikalischen Grenzen auf:

Die "Finnen" werden immer dünner, und das Leckstromphänomen ist wie ein unstopfbares Loch, das es immer schwieriger macht, das Gleichgewicht zwischen Leistung und Stromverbrauch aufrechtzuerhalten.

TSMCs N2-Prozess basiert auf einer neuen, revolutionären Technologie: dem Gate-All-Around (GAA)-Nanosheet-Transistor.

Während der FinFET den Stromfluss von drei Seiten steuert, umschließt der GAA-Nanosheet-Transistor den gesamten Stromkanal von allen vier Seiten.

Diese Struktur ändert den Stromkanal von aufgerichteten "Finnen" zu horizontal gestapelten "Nanosheets". Die Gate-Elektrode kann den Kanal von allen vier Seiten "umarmen", was offensichtliche Vorteile bringt.

Erstens reduziert es den Stromverbrauch.

Durch die verbesserte elektrostatische Steuerung kann präziser bestimmt werden, ob Milliarden von Transistoren "an" oder "aus" sind, was das Leckstromproblem erheblich reduziert und somit den Stromverbrauch grundlegend senkt.

Zweitens kann in derselben Fläche eine höhere Leistung erzielt werden.

Diese gestapelte Nanosheet-Struktur ermöglicht es Ingenieuren, mehr Transistoren in derselben Fläche unterzubringen, was schließlich zur Erhöhung der Transistordichte führt.

Im Vergleich zur reinen Logikschaltungsentwicklung ist die Transistordichte des N2P-Prozesses (eine Erweiterung der N2-Serie) um etwa 20 % höher als die des Vorgängers N3E.

Das bedeutet, dass die Chips kleiner werden können oder bei gleicher Größe mehr Funktionen integriert werden können.

Darüber hinaus hat TSMC in das Stromversorgungsnetz Super-High-Performance Metal-Insulator-Metal (SHPMIM)-Kondensatoren eingebaut.

Laut offiziellen Angaben von TSMC und Medienberichten hat der SHPMIM-Kondensator im Vergleich zu seinen Vorgängern eine mehr als doppelt so hohe Kapazitätsdichte und eine etwa 50 % niedrigere Rs/Rc, was die Leistungsstabilität, Leistung und die gesamte Energieeffizienz verbessert.

Der GAA-Nanosheet-Transistor sorgt für "Energieeinsparung" von der Quelle her, während der SHPMIM-Kondensator für eine "Steigerung der Leistung" sorgt. Zusammen tragen sie zur doppelten Sprungleistung von N2 in Bezug auf Leistung und Stromverbrauch bei.

Ambitiöses Massenproduktionskonzept: Zwei Fronten, auf AI und die Zukunft abzielend

TSMC hat die Massenproduktion des N2-Prozesses in zwei neuen Fabriken in Taiwan angesiedelt: das Fabrikgebäude 22 (Fab 22) in Kaohsiung und das Fabrikgebäude 20 (Fab 20) in der Nähe des globalen Forschungszentrums in Hsinchu.

Die gleichzeitige Kapazitätserweiterung an beiden Standorten zeigt TSMCs aggressives Vorgehen bei der Herstellung von fortschrittlichen Chips.

Normalerweise beginnt die Kapazitätserhöhung eines neuen Prozesses mit den kleineren und technologisch reiferen Mobilchips und wird schrittweise erweitert.

Aber diesmal hat TSMC entschieden, die Kapazität für fortschrittliche Prozesse in zwei neuen Fabriken in Kaohsiung und Hsinchu zu erweitern.

Diese fortschrittlichen Chips werden wahrscheinlich für verschiedene Bereiche wie High-End-Smartphones, Hochleistungsrechnungen (AI/HPC) und andere verwendet werden.

Dies ist ein seltener "Zwei-Fronten-Krieg".

Einer Seite stehen die Milliarden von Mobilchips, die jährlich von Apple und anderen Großkonzernen benötigt werden, und auf der anderen Seite die riesigen und komplexen AI- und Serverchips, die von NVIDIA und anderen Kunden entwickelt werden.

Die gleichzeitige Steuerung dieser beiden sehr unterschiedlichen Produktlinien, die beide eine sehr hohe Ausbeute erfordern, wird die Schwierigkeiten exponentiell erhöhen.

TSMCs CEO, C.C. Wei, sagte in einer Gewinnkonferenz im Oktober:

"Der N2-Prozess läuft reibungslos und wird später in diesem Quartal in die Massenproduktion gehen. Die Ausbeute ist gut. Wir erwarten, dass die Kapazitätserhöhung in 2026 durch die Nachfrage nach Smartphones, Hochleistungsrechnungen (HPC) und AI-Anwendungen beschleunigt werden wird."

Die Zuversicht von TSMC begründet sich in der langen Warteschlange an Kunden.

Nach allgemeiner Marktexpektation wird der N2-Prozess zunächst die Nachfrage nach High-End-Smartphones und HPC/AI abdecken.

Von Apples nächsten iPhone- und Mac-Chips bis hin zu den zukünftigen AI-Beschleunigern von NVIDIA und AMD haben fast alle Spitzenunternehmen im Technologiebereich ein "starkes Interesse" am N2-Prozess gezeigt. Die gleichzeitige Inbetriebnahme von zwei Fabriken ist daher unvermeidlich.

Dieser große Plan zeigt auch TSMCs präzise Strategie für die zukünftige Marktlage:

Smartphones sind die Basis, während AI und HPC die größten Wachstumsantriebe für die nächsten zehn Jahre sind.

Von N2P bis A16: Der Endkampf für die nächsten zehn Jahre

C.C. Wei sagte, dass TSMC im Rahmen seiner kontinuierlichen Stärkungsstrategie N2P als Erweiterung der N2-Familie einführen wird.

Der N2P-Prozess verbessert die Leistung und den Stromverbrauch auf der Grundlage des N2-Prozesses weiter und ist für die Massenproduktion ab Ende 2026 geplant.

Der A16 ist TSMCs nächster fortschrittlicher Prozess für HPC/AI (eng mit der N2-Familie in Architektur und Ökosystem verwandt).

Er verwendet die Super Power Rail-Rückseitenspannungsversorgungstechnologie und ist hauptsächlich für komplexe KI- und Hochleistungsrechnerprozessoren konzipiert. Auch hier ist die Massenproduktion ab Ende 2026 geplant.

Von der architektonischen Revolution des N2 über die kontinuierliche Optimierung des N2P bis hin zur Einführung der Rückseitenspannungsversorgungstechnologie im A16 ist TSMCs Technologiestrategie klar. Die Massenproduktion des N2-Prozesses ist zweifellos ein entscheidender Meilenstein für die Halbleiterbranche.

Es markiert, dass die als einer der wichtigsten Technologien der "Post-Moore-Zeit" bekannte Gate-All-Around (GAA)-Nanosheet-Transistorarchitektur von einem Branchenführer erfolgreich in die Massenproduktion eingeführt wurde.

Dies stärkt nicht nur TSMCs Führungsrolle im Bereich der fortschrittlichen Prozessfertigung, sondern bietet auch eine solide Grundlage für die globale Branche, die auf Hochleistungsrechnungen angewiesen ist, von der Konsumelektronik bis hin zur Künstlichen Intelligenz.

Aber TSMC ist nicht der einzige Branchenführer in diesem Wettlauf um fortschrittliche Prozesstechnologien.

Während TSMC die Schwelle der 2nm (N2) überschreitet, treiben auch seine Hauptkonkurrenten wie Samsung und Intel die Entwicklung neuer Transistortechnologien voran.

Im Juni 2022 kündigte Samsung die erfolgreiche Massenproduktion von 3nm-Chips mit GAA-Architektur an.

Bereits im Juni 2022, bevor TSMC, kündigte Samsung an, dass es die GAA (Gate-All-Around)-Transistorarchitektur in seiner 3nm-Prozessfertigung in die Massenproduktion eingeführt hatte und damit der weltweit erste Chiphersteller war, der die GAA-Technologie in einem fortschrittlichen Prozessknoten kommerziell einsetzte.

Dieser "Vorsprung" zeigt auch Samsungs technologische Stärke und strategische Entschlossenheit im Wettbewerb um Spitzenprozesse.

Unterdessen führt Intel in seinem Intel 18A-Knoten zwei Schlüsseltechnologien ein: RibbonFET (GAA-Transistor) und PowerVia (Rückseitenspannungsversorgung).

Nach Berichten ist dieser Knoten im Jahr 2025 in die frühe Produktion gegangen und wird voraussichtlich im Jahr 2026 seine Kapazität erweitern und eine breitere kommerzielle Anwendung finden.

Im Oktober 2025 zeigte Intel-CEO Pat Gelsinger persönlich in der Ocotillo-Standort in Arizona einen Wafer des Intel Core Ultra-Serie 3-Prozessors mit dem Code-Namen Panther Lake. Dies war auch die erste öffentliche Präsentation eines Client-Chips, der auf der 18A (1,8nm-Klasse)-Prozessknoten entwickelt wurde.

Obwohl sowohl Intel 18A als auch TSMC N2 zur GAA-Generation gehören, ist der erste aggressiver, während der letztere konservativer ist.

Intel treibt die Revolution in Leistung und Spannungsversorgungsarchitektur mit der Kombination "RibbonFET + PowerVia" voran und setzt diese erstmals in hochkomplexen CPUs ein, um im Wettbewerb um die nächste Prozessgeneration einen Vorsprung zu erlangen.

TSMC hingegen setzt zunächst den N2-Prozess in die Massenproduktion um, um eine breite Kundenbasis zu bedienen, und hinterlässt weitere technologische Durchbrüche für die späteren Knoten wie N2P/A16.

Die Massenproduktion des N2-Knotens bei TSMC markiert eher den offiziellen Beginn eines neuen Wettlaufs in der fortschrittlichen Prozesstechnologie, der im Post-FinFET-Zeitalter die GAA-Technologie als Kern hat.

Quellenangaben:

https://www.tomshardware.com/tech-industry/semiconductors/tsmc-begins-quietly-volume-production-of-2nm-class-chips-first-gaa-transistor-for-tsmc-claims-up-to-15-percent-improvement-at-iso-power